Экологическая безопасность

В ряде развивающихся стран мира, в том числе и в России, защита окружающей среды поставлена в административных методах регулирования.

Экологический контроль - одна из проявлений экологической функции во всех предприятиях современного государства. Вместе с тем, он является составной частью механизма реализации эколого-правовых норм и нормативно-технических актов. В целом экологический контроль - это проверка соблюдения предприятиями, учреждениями, организациями и гражданами республики требований по охране окружающей природной среды и обеспечению экологической безопасности общества [20,26,39,40].

Для решения проблемы экологической безопасности в сферах дорожного хозяйства недостаточно ограничиваться результатами отдельных научных исследований и разработанными техническими требованиями. Здесь необходимо овладение правилами экологически безопасного поведения исполнителями и руководителями всех уровней.

Цель данного направления - осуществление экологического контроля охраны окружающей среды путем предупреждений и устранения правонарушений. Формы контроля: информационный и предупредительный.

Информационный контроль выражается в сборе и обобщении необходимой экологической информации для передачи ее соответствующим предприятиям дорожного хозяйства страны с целью принятия предупредительных мер.

Предупредительный - направлен на предотвращение наступления вредных последствий, которые могли бы возникнуть вследствие несоблюдения нормативных документов и законодательных актов по охране окружающей среды и невыполнения необходимых мероприятий для осуществления экологической безопасности.

Такие мероприятия могут дать большой эффект при работе независимых экологических экспертных Советов, имеющих аттестованные лаборатории. Экологический контроль может осуществляться на государственном, производственном, общественном (независимые экологические лаборатории) и ведомственном уровнях.

Из опыта развитых стран мира известно, что при усилении экологическо-правовых требований путем предупреждения об устранении правонарушений значительно снижался ущерб от вредного воздействия на окружающую среду при производственной и технологической деятельности предприятий дорожного хозяйства. Улучшалось качество строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог и искусственных сооружений, повышался уровень ответственности руководящих кадров и специалистов при выполнении требований нормативных документов и правовых актов по охране окружающей среды.

Прежде всего, необходимо разработать и утвердить в установленном порядке законодательные акты на государственном уровне, а также нормативно-технические и другие регламентирующие документы на разных уровнях управления.

Основными задачами экологической службы дорожной отрасли являются обоснование, мониторинг и контроль соблюдения нормативов биопотребления и энергопотребления при производстве дорожных работ. Для этой цели должен быть разработан экономический механизм регулирования уровней био- и энергопотребления в отраслях дорожного строительства.

Механизм экологического мониторингового контроля в ТДК можно систематизировать в трех уровнях:

экологический мониторинг;

государственный экологический контроль;

производственный (ведомственный) контроль.
Экологический мониторинг осуществляет наблюдение за состоянием атмосферного воздуха, земного и космического пространства. При мониторинговом контроле информация передается в двух формах - текущей и оперативной.

Служба государственного мониторинга окружающей среды работает на трех уровнях: посты и станции наблюдения по различным регионам страны где происходит сбор и первичная обработка информации; территориальные, региональные и ведомственные центры обработки информации. Обобщенная информация передается по назначению.

Государственный экологический контроль представляет собой один из видов государственной административно-управленческой деятельности. Его непосредственные задачи - обеспечение всеми хозяйствующими субъектами и гражданами соблюдения экологических требований законодательства и нормативов качества окружающей среды.

Основной задачей производственного контроля является выполнение предприятиями обязательных мероприятий по охране окружающей среды и ее отдельных компонентов. Общественный контроль не ограничен какой-либо частью объекта экологического контроля. Он относится и к сфере государственного, и к области производственного контроля.

Экологичность и эффективность работы автомобильного транспорта непосредственного зависит от транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог, которое в значительной мере характеризуется основными эксплуатационными показателями земляного полотна, дорожной одежды и элементов конструкции инженерных сооружений. Методы оценки транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог (ТЭСАД), влияющие на уровень загрязнения окружающей среды можно разбить на 3 ступени: (Приложение №2)

- визуальная оценка;

- полевые исследования;

- лабораторные испытания.

2.7 Экологический мониторинг в ТДК

Большое значение в системе ТДК имеет организация экологического контроля за уровнем отрицательного воздействия подвижного транспортного состава, автомобильных дорог и дорожных коммуникаций, а также предприятий ТДК на окружающую среду. К сожалению, полный мониторинговый контроль за изменением экологических систем под воздействием автомобильных дорог и транспорта в настоящее время невозможен. Первым этапом в этом направлении должен быть биоэкологический контроль, рассматривающий аспекты влияния автомобильных дорог и городских улиц на здоровье людей.

Особенно велико и опасно это влияние в городах и других населенных пунктах, где автомобили выбрасывают токсичные примеси непосредственно в зоне дыхания населения. Система контроля загрязненности воздуха в ТДК должна складываться из следующих частей: 1) контроль содержания токсичных выбросов в отработавших газах автомобилей; 2) контроль за загрязнением атмосферы производственными предприятиями дорожного строительства и строительства; 3) контроль загрязненности атмосферного воздуха на придорожных территориях с помощью стационарных и передвижных пунктов наблюдения.

Ограничения вредных выбросов автомобилями, находящимися в эксплуатации, и организационные принципы контроля и снижения этих выбросов определены в ГОСТ 17.2.2.03-87 «Нормы и методы измерений содержания окиси углерода и углеводородов в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями» и в ГОСТ 21393-75 «Автомобили и дизели. Дымность отработавших газов».

В соответствии с ГОСТ 17.2.2.03-87, в зависимости от частот вращения коленчатого вала двигателя (пmin и nпов) установлено предельно допустимое содержание объемных долей в отработавших газах автомобилей:

а) СО, при nmin-l,5%: при ппов-2%;

б) CnHm, для двигателей с числом цилиндров: до 4 - при
nmjn-1200 млн -1, при ппов-600 млн -1; более 4 - соответственно 3000
и 1000 млн -1.

Предприятия изготовители автомобилей могут устанавливать более низкие нормы содержания СО и CnHm в отработавших газах. Эти нормы также должны выдерживаться в эксплуатационных условиях.

Определение содержания СО и СnНm производится при работе двигателя на холостом ходу на двух частотах вращения вала двигателя, значения которых устанавливаются в технических условиях и в инструкции по эксплуатации автомобилей предприятием-изготовителем: минимальной (пт1п) и повышенной (ппов), равной 0,8пnов

При проверках в эксплуатационных условиях органами Госкомприроды допускается содержание СО (на частоте вращения nmin) до 3%.

Контроль содержания СО и СnНm необходимо производить при каждом техническом обслуживании №2 (для автомобилей индивидуальных владельцев - при любом техническом обслуживании), после ремонтов, влияющих на содержание этих веществ в отработавших газах, а также при обкатке капитально отремонтированных автомобилей. С целью предотвращения нарушения регулировки, карбюратор должен пломбироваться, причем пломбы предприятия-изготовителя и эксплуатационного предприятия должны отличаться по цвету.

Органами ДП МВД РК должен осуществляться постоянный контроль за техническим состоянием автомобилей, в том числе и в части соблюдения норм выброса ими вредных веществ.

Для автомобилей с дизельными двигателями нормируемым параметром дымности является оптическая плотность отработавших газов, определяемая по ГОСТ 21393-75.

Для производственных предприятий дорожного строительства важным является также определение концентрации окислов серы, образующихся в воздухе при сжигании серосодержащих топлив, при помощи газоанализаторов.

Из приборов для измерения содержания пыли в воздухе при контроле атмосферного воздуха вблизи производственных предприятий дорожного строительства применяют ППА, АЭР-4, ПРИЗ, ИЗВ, ИЗВ-3, ФЭКП-3, ЭПП, ИКП-1, ЗИП-1, ЗИП-2, КДМ-1, ТДМ-2, МС-1 (РФ), G-2ДТ, РДМ-10 (США) и модели 215, 225, 245, 550 фирмы «Коултер электрик» (США).

Для измерения транспортного шума в селитебных зонах, находящихся рядом с автомобильными (городскими) дорогами необходимо использовать приборы-шумомеры, состоящие из измерительного микрофона, усилителя и измерительного прибора.

Под экологическим мониторингом понимают систему контроля, обследований и анализа состояния окружающей среды. Различают мониторинг оперативный и периодически повторяющийся. Организации оперативного мониторинга должно предшествовать комплексное обследование состояния атмосферы, почвы и воды.

Цель организации единой государственной системы экологического мониторинга - обеспечение всех уровней управления в государстве, области, крае, республике, регионе, районе, городе информацией о состоянии окружающей среды, в том числе и прогнозами вероятного его изменения, а также обеспечение информацией о результатах реализации механизма улучшения экологического состояния. При организации мониторинга должны реализовываться следующие принципы:

Минимум затрат на мониторинг:

Максимальное использование ведомственных систем контроля.

Широкий доступ к собираемой информации государственных структур и общественности.

В настоящее время выделяют несколько уровней мониторинга:

Объектный уровень - включает пункты (посты) наблюдений на отдельных предприятиях.

Локальный - представляет собой сеть станций наблюдения, специальных полигонов и лабораторий.

Территориальный (например, областной, краевой и т.п.) - предполагает привлечение научно-исследовательских организаций, высших учебных заведений для решения конкретных экологических задач данной территории, а также для сбора и анализа экологической информации. Возможна передача части полномочий в региональные природоохранные центры.

Региональный уровень - формируется путем создания экологических региональных центров.

Контроль на придорожных территориях за состоянием экосистем или отдельных компонентов экосистем (атмосферы, растительности, животного мира, водной среды, почвы и т.д.) - задача так называемого экологического дорожного мониторинга, цель которого заключается в своевременном предупреждении нежелательных последствий при воздействии автомобильных дорог или городских улиц на окружающую среду.

В частности, экологический дорожный мониторинг является составной частью общегосударственной службы наблюдения и контроля за уровнем загрязнения атмосферы, почвы и водных объектов, контролируемой Госкомгидрометом.

Согласно ГОСТ 17.2.3.01-77 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов» для контроля устанавливают 3 категории постов наблюдений за загрязнением атмосферы: стационарный, маршрутный и передвижной. Посты первых двух категорий располагаются в местах наибольшего загрязнения воздушной среды, в том числе на территориях, примыкающих к автомобильным магистралям с интенсивным движением.

Для оценки загрязнения атмосферы на постах при дорожном мониторинге используют отечественные контрольно-измерительные комплексы «Пост-1» и «Воздух-1». Комплексы на станции снабжены автоматическими анализаторами для непрерывной регистрации загрязнения воздуха, имеют оборудование для отбора проб воздуха, анализируемых в лабораториях, фиксируют метеорологические факторы (скорость и направление ветра, температуру и влажность воздуха, атмосферное давление).

Регистрация степени загрязнения и метеорологических факторов производится в строго фиксированное время (например, в 1, 7, 13, 19 ч. по местному декретному времени). Фиксируются разовые концентрации загрязнений, а также определяются среднесуточные, среднемесячные и среднегодовые концентрации.

Разовые, среднесуточные и среднегодовые концентрации сопоставляют с уровнем ПДК для каждого вида загрязнения и в случае значительного их превышения принимаются меры для снижения.

По примеру США, где определены индексы концентрации основных загрязнителей но степени их опасности для здоровья людей, установлены следующие уровни загрязнения воздуха в придорожной полосе (табл. 7).

Таблица 7. Уровни загрязнения воздуха по степени воздействия на здоровье людей

Степень опасности	Кратность превышения ПДК концентрациями основных загрязнителей	Воздействие на здоровье человека
	Среднесуточными	Разовыми
	Твердые взвеси	СО	SO2	NOx,	О3
1	1,5	1,5	2	5	2,5	Опасное
2	3	3	5	15	5	Очень опасное
3	4	10	7	20	7	Смертельно опасное

Основным направлением развития экологического дорожного мониторинга является создание автоматизированных систем контроля загрязнения на придорожных территориях путем соединения используемых газоанализаторов (мониторов) с персональными ЭВМ, которые имеют возможности: автоматического сбора; анализа и представления результатов измерений; автоматического расчета усредненных во времени концентраций; автоматического запуска тревожной сигнализации при достижении опасных уровней загрязнения; представления результатов в виде таблиц, гистограмм или графиков; долгосрочных оценок и прогноза уровней загрязнения; построения полей загрязнения.

Для автоматизированных систем контроля загрязнения наиболее целесообразно использовать отечественную систему АНКОС-АМ на базе ПЭВМ типа ИБМ ПК.

Комплексное обследование начинается с предварительного ознакомления с объектом, сбора и анализа информации по городу или промышленному району о состоянии воздушного бассейна, который будет изучаться и составления программы работ. Основные этапы комплексного обследования: проведение специальных экспериментальных работ; проведение метеорологических наблюдений; обследование воздушного бассейна промышленного района; обработка и анализ материалов.

Общая продолжительность периода работы по комплексному изучению атмосферы не менее двух лет, а в условиях сложного рельефа - не менее трех лет. В отдельных случаях работы могут проводиться периодически, но не менее одного месяца в каждый сезон (теплый и холодный). Работы повторяются в течение трех-пяти лет до тех пор, пока не будет получен статистически достоверный материал об уровнях загрязнения атмосферы в исследуемом районе, закономерностях распространения вредных веществ и причинах изменения концентрации вредных веществ. Продолжительность комплексного изучения в целом определяется размерами обследуемого района, количеством источников выбросов, рельефом местности и др.

В период предварительного ознакомления с объектом проводятся следующие мероприятия:

изучение физико-географического положения города (района), особенностей метеорологического режима, размещения основных источников загрязнения (промышленные предприятия, крупные автострады и др.), жилых и промышленных районов, водных объектов, а также территории перспективного строительства и определение основных выбрасываемых примесей;

оценка уровня загрязнения атмосферы города (района) в целом по имеющимся данным Госкомгидромета РК и СЭС;

ознакомление с основными принципами технологии производства, а также с количественной характеристикой выбросов вредных веществ по всем ингредиентам, условиями выбросов, размещением источников выбросов по площади, стабильностью выбросов в течение суток и др.;

согласование с другими организациями вопросов о совместном проведении обследования.

2.8 Виды наблюдений за экологическим состоянием крупных городов и населенных пунктов, расположенных вдоль магистральных дорог

Стационарные наблюдения. Если в городе проводится систематический контроль уровня загрязнения атмосферы, то существующая сеть пунктов не меняется, а принимается за основу, так как имеется дополнительный период наблюдений, который позволяет выявить отклонения в режиме концентрации примесей. На время обследования сеть пунктов измерения значительно расширяется. Она должна широко охватить различные участки города из расчета один стационарный пункт на 3-5 км2.

Выбранные пункты должны располагаться по возможности равномерно в городе на площадках с непыляшим или малопылящим покрытием на проветриваемых местах. Целесообразно также организовать за пределами города один стационарный пост на расстоянии 1-3 км с наветренной стороны по преобладающему направлению ветра и второй на расстоянии 2 и 5 км - с подветренной стороны.

Сроки отбора проб воздуха на стационарных постах и при маршрутных наблюдениях должны быть разделены равномерно в течение суток, чтобы охватить возможные изменения концентрации примесей в связи с суточными колебаниями метеорологических элементов и выбросов вредных веществ. Оптимальными ежедневными сроками являются 1, 4, 7, 10, 13, 16, 19, 21 ч. местного (декретного) времени.

Для оценки уровня загрязнения воздуха в городах и промышленных населенных пунктах создается сеть стационарных наблюдательных постов. Одним из важных факторов является оптимальное размещение постов наблюдений. Местоположение постов выбирается совместно гидрометеорологической и санитарно-эпидемиологической службами и согласовывается с главным архитектором города. Ведомственные промышленные лаборатории согласовывают места отбора проб воздуха с указанными службами. Число постов определяется в зависимости от численности населения и площади города: до 50 тыс. человек - 1 пост; 50-100 тыс. человек - 2 поста; 100-200 тыс. человек - 2-3 поста; 200-500 тыс. человек - 3-5 постов; 500-1000 тыс. человек -- 5-10 постов; более 1 млн. человек 10-20 постов.

Наблюдение за выхлопными газами автотранспорта. Исследование уровня загрязнения воздуха выбросами автотранспорта проводится в комплексе с изучением загрязнения, обусловленного выбросами промышленных источников.

Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха на автомагистралях и в прилегающей жилой застройке может быть дана на основе широких натурных наблюдений с определением в воздухе концентрации как основных компонентов выхлопных газов (оксиды углерода, углеводородов, оксидов азота, акролеина, формальдегида, соединений свинца), так и продуктов их фотохимических превращений (озона, суммарного количества фотооксидантов).

Для изучения особенностей загрязнения воздуха автотранспортом организуют специальные наблюдения в результате которых:

- определяют максимальные значения концентраций основных примесей, выбрасываемых автотранспортом в районах автомагистралей и периоды их наступления при различных метеорологических условиях и интенсивности движения автотранспорта;

- определяют границы зон и характер распределения примесей с удалением от отдельной магистрали или группы автомагистралей, расположенных параллельно на некотором расстоянии друг от друга или пересекающихся;

- выявляют особенности распространения примесей в жилых кварталах различного типа застройки и в зеленых зонах, примыкающих к автомагистралям.

Пункты наблюдений. Пункты наблюдений выбираются непосредственно на городских улицах и районах с интенсивным движением транспорта:

- на участках улиц до и после светофоров, а также на участках подъема, на неровных и скользких дорогах, где отмечается торможение автомобилей и выбрасывается наибольшее количество вредных примесей;

- в местах скопления вредных примесей за счет слабого расслоения, обусловленного архитектурно-планировочными особенностями (под мостами, путепроводами, в тоннелях, на узких участках улиц и дорог с многоэтажными зданиями);

- в зонах пересечения двух или более улиц с интенсивным движением транспорта.

Пункт, наиболее удаленный от автомагистрали, должен располагаться не менее чем в 0,4 м от стены здания. На улицах, пересекающих основную автомагистраль, пункты наблюдений размещаются на краях тротуаров и на расстояниях, равных 0,5 ширины магистрали и превышающих ее в 2 и 8 раз.

Места для размещения приборов. Места для размещения приборов выбираются на тротуаре и на середине разделительной полосы, при ее наличии. Если тротуар удален от проезжей части, приборы размещаются на расстоянии половины ширины проезжей части одностороннего движения.

В кварталах старой застройки (сплошные ряды зданий с отдельными арочными проемами в них) места для размещения приборов наблюдений выбираются в центральной части арочного проема и в центре внутри квартального пространства.

Наблюдения за осадками. Осадки - важный фактор самоочищения атмосферы от различных примесей естественного и искусственного происхождения. Следовательно, химический состав атмосферных осадков является чувствительным индикатором загрязнения окружающей среды и может использоваться как один из параметров при изучении переноса примесей от источников загрязнения. Анализ данных о химическом составе осадков позволяет определить зону влияния города или промышленного района на прилегающую территорию, а также районы с фоновым уровнем загрязнения.

Выпадающие атмосферные осадки всегда содержат некоторое количество вымываемых из атмосферы растворенных примесей, поэтому концентрация примесей в осадках является показателем загрязнения воздуха.

Содержание растворенных веществ в осадках невелико - около миллиграмма и даже доли миллиграмма на литр воды. В связи с этим предъявляются особые требования к сбору и хранению химического состава осадков. Основными определяемыми компонентами являются: сульфаты, хлориды, нитраты и аммиак, металлы (кальций, магний, натрий, калий), щелочность (или кислотность), электропроводность и рН.

Сбор проб атмосферных осадков проводится на метеорологических станциях, а их анализ -- в химических лабораториях. В зависимости от установленной программы собираются суммарные пробы, включающие все выпавшие в течение месяца осадки, и единичные пробы осадков - отдельные дожди и снегопады.

Для сбора твердых и смешанных осадков применяются эмалированные или пластмассовые кюветы 30x40 см, высотой 3-5 см, присылаемые на метеостанцию в чистых полиэтиленовых мешках, в которых они и хранятся на станции.

В зимнее время сбор суммарных проб атмосферных осадков осуществляется в установке. С этой целью штативы со стола убирают и вместо них к доске стола привинчивают шурупами ветровую защиту. Ветровая защита представляет собой фанерный ящик с дном, но без крышки. Размеры ящика: высота 50-60 см, ширина 40 см, длина 50 см. Одна из боковых сторон ящика изготавливается в виде открытой дверцы на петлях и имеет в нижней части крючок для закрывания. При выпадении твердых осадков (снега) откидную дверцу ветровой защиты открывают и внутрь вставляют кювету для сбора осадков. При одновременном сборе суммарных и единичных проб устанавливают две кюветы (для суммарных и единичных проб).

Метод для определения хлор-ионов в составе снега или льда, образовавшихся на поверхности проезжей части дорог и тротуаров, основан на осаждении хлор-иона в нейтральной или слабощелочной среде азотнокислым серебром в присутствии хлорнокислого калия в качестве индикатора. После осаждения хлорида серебра в точке эквивалентности образуется хромокислое серебро, при этом желтая окраска раствора переходит в оранжево-желтую. Точность метода 1 -3 мг/л.

Методы отбора снежных или ледяных проб, образовавшихся на поверхности проезжей части дорог и тротуаров:

Отбор проб проводят по ГОСТ 2874-82 и ГОСТ 4979-49.

Объем пробы воды для определения содержания в составе снега или льда хлор-ионов должен быть не менее 250 мм.

Пробы льда или снега, предназначенные для анализа в составе хлоридов, не консервируют.

2.9 Методы и приборы для определения загрязненности воздуха производственной пылью и выхлопными газами

Способы измерения концентрации пыли по числу частиц основаны на том, что из известного, в большинстве случаев небольшого объема воздуха, на прозрачную поверхность осаждается пыль, видимые частицы которой подсчитываются под микроскопом. Осаждение частиц пыли осуществляется в основном следующими четырьмя способами:

- пыль задерживается во время прохождения пробы воздуха на мембранном фильтре;

- поток воздуха направляется на клейкую прозрачную поверхность, к которой прилипают частицы пыли;

- пылевые частицы осаждаются в результате термофореза на охлажденных деталях прибора;

- частицы задерживаются в жидкости при пропускании пробы через специальные промывные склянки (отражатели), в которых пузырьки воздуха ударяются о стеклянные поверхности.

Подсчет частиц с помощью микроскопа проводится на прозрачной или непрозрачной подложке на светлом или темном поле. Для облегчения подсчета в отраженном свете можно использовать соответствующие цветные фильтры.

Результаты подсчета по одному из перечисленных выше методов дают количество частиц в 1 см воздуха. Поэтому, как правило, приходится удовлетворяться использованием числа частиц как относительного показателя для качественной оценки пылевого загрязнения. Однако обязательным является постоянство распределения частиц по размерам и их одинаковый химический состав. Для приближенной и неточной оценки могут использоваться следующие соотношения:

Число частиц в 1 см 500 2000 20000

Концентрация пыли, мг/м3 2 10 100

Ниже приводится описание некоторых приборов для определения числа частиц.

Малый прибор (пылесборник) Дрегера состоит из выполненной в виде диска-насадки к насосу, используемому вместе с газоанализатором. Насадка предназначена для размещения круглого мембранного фильтра, на поверхности которого равномерно распределяется содержащаяся в пробе воздуха пыль (один рабочий ход насоса =100 см3 воздуха).

Фильтру придается прозрачность путем смачивания его иммерсионным маслом. Затем под микроскопом могут проводиться обычные наблюдения.

Выпускаемый фирмой Sartorius прибор Konimater состоит из микроскопа, на предметное стекло которого с помощью небольшого поршневого насоса подается 2,5 или 5 см3 воздуха. Рассчитанное на 36 проб пыли круглое предметное стекло покрыто слоем клейкого вещества, к которому прилипают частицы пыли. В комплект микроскопа с 200-кратным увеличением входит разделенная на 2 сектора по 18° каждый микрометрическая сетка, предназначенная для подсчета пылевых частиц.

Электрический метод. Для определения содержания в атмосферном воздухе диоксида серы, сероводорода, хлора и озона используются газоанализаторы «Атмосфера-1» и «Атмосфера-2», в основу работы которых положен кулонографический метод анализа.

Газоанализатором «Атмосфера-1» определяют содержание диоксида серы (сернистого газа) и сероводорода; газоанализатором «Атмосфера-2» - содержание хлора и озона.

Газоанализаторы «Атмосфера» при определении концентраций веществ работают в следующих диапазонах (табл. 8):

Таблица 8. Диапозон измерений газоанализаторов типа «Атмосфера»

Вещество	Сернистый газ	Сероводород	Хлор	Озон
Диапазон измерений, мг/м3	0-0,5;2	0-0,5	0-0,2 0-1	0-0,1 0-0,5

Газоиндикаторы «Атмосфера» предназначены для работы в следующих условиях эксплуатации: температура окружающей среды 0-50°С, относительная влажность окружающего воздуха 30-90%, атмосферное давление 91-105 кПа (680-785 мм рт. ст.).

Таблица 9. Значения концентрации (мг/м3) мешающих веществ

Определяющее вещество	Мешающее вещество
	озон	Хлор	Серо водород	Диоксид серы	Диоксид азота
Диоксид серы	0,1	0,12	0,25
Озон		0,6	0,01	0,8	0,1
Хлор	0,06		0,01	0,1	0,1

В газоанализаторе «Атмосфера-1» определение концентрации сернистого газа и сероводорода (табл. 9) основано на поглощении этих газов раствором йода в серной кислоте с последующим электроокислением образующихся иодид-ионов. На дне камеры измерительного электрода ячейки находятся кристаллы J2 в 3%-ном растворе H2SO4. Анализируемая газовая смесь попадает в камеру измерительного электрода и, если смесь содержит сернистый газ, то SO2 реагирует с йодом до образования йодоводорода:

SO2 + J2 + 2H2O 2HJ + Н2SO4,

В результате этой реакции S+4 отдает 2ё и при этом окисляется до S+6:

S+4-2e->S+6,

Йод восстанавливается из свободной (окисленной) формы до йод-ионов:

j°+2e->2j.

Чем больше SO2 поступает в электрохимическую ячейку, тем больше образуется вокруг измерительного электрода йодид-ионов, несущих отрицательный заряд, и тем более концентрированным будет раствор серной кислоты.

Серная кислота - сильный электролит. В водном растворе молекула серной кислоты диссоциирует на ионы:

Бром, образовавшийся в результате химической реакции, элек-тровосстанавливается на измерительном электроде, причем электрический ток, возникающий при этом, является мерой концентрации хлора в газе.

На измерительном электроде происходит следующая реакция:

(32) происходит

H2SO42H++SO2-4

При выделении озона из газовой смеси используется реакция озона с бромистым натрием с образованием брома, который затем количественно электровосстанавливается на измерительном электроде, причем электрический ток является мерой концентрации озона. В ячейке при этом происходят следующие реакции:

в измерительной камере (в растворе):

О3 + 2Вг О2 + О2-+Br2

на измерительном электроде (катоде): Вг2 -2е-2Вг-,

на вспомогательном электроде (аноде):

C+O2- СО + 2е-,

Определение концентрации хлора основано на количественном определении свободного брома, имеющегося на катоде (измерительном электроде), который образуется в растворе по реакции:

2Вг + Cl2C1 + Вг2,

Вг2 +2е-2Вг-,

На вспомогательном электроде электроокисление углерода по реакции:

С + О2 СО+2e-

Инфракрасный метод. Для определения содержания в атмосферном воздухе оксида углерода используются газоанализаторы ГМК-3 и ГИАМ-1, в основу работы которых положен инфракрасный метод анализа. Принцип метода основан на измерении поглощения энергии излучения анализируемым газом.

Газоанализатор ГМК-3 представляет собой автоматический стационарный прибор, предназначенный для непрерывного измерения микроконцентраций оксида углерода в газовых смесях. Прибор может быть использован для анализа воздуха городов и производственных помещений, а также для выдачи командой информации в системах автоматического контроля, управления и регулирования. Газоанализатор имеет три диапазона измерения: 0-40, 0-80, 0-400 мг/м3. Основная погрешность на шкале 0-80 мг/м3 не превышает +5%, на шкале 0-40 и 0-400 мг/м3 - 10%.

Условия выполнения измерений должны быть следующими: температура окружающей среды 10-35°С: атмосферное давление 91-105 кПа (680-785 мм рт. ст.), относительная влажность 10-90%. Окружающая среда не должна быть агрессивной и взрывоопасной. Питание газоанализатора осуществляется от сети переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 220 В.

Газоанализатор может быть использован как для анализа отдельных проб, так и для непрерывной регистрации. При анализе отдельных проб газоанализатор устанавливают в химлаборатории, а при использовании для непрерывной регистрации СО в атмосфере на стационарных постах.

При использовании газоанализатора для непрерывной регистрации СО необходимо следить за расходом газовой смеси, вести наблюдение за измерительными приборами, проверять и при необходимости регулировать нулевые показания и чувствительность газоанализатора. Расход воздуха контролируют по показаниям ротаметров, установленных на передней панели датчика. В газоанализаторах, где отсутствуют встроенные ротаметры, для проверки расхода воздуха на вход датчика подключают ротаметр с пределом измерений (10,2) л/мин.

Для анализа отдельных проб воздуха предварительно производят их отбор в емкости, в качестве которых обычно используются резиновые камеры, полиэтиленовые пакеты и стеклянные пипетки. Объем отобранной пробы должен быть не менее 1,5 л. Резиновые камеры заполняют анализируемым воздухом с помощью груши пульверизатора.

Оптико-акустический газоанализатор ГИАМ-1 предназначен для непрерывного измерения концентрации оксида углерода на стационарных постах, а также автоматических станциях контроля загрязнения атмосферы. По сравнению с газоанализатором ГМК-3 он обладает рядом преимуществ:

имеет более высокий класс точности (класс 5);

предусмотрена автоматическая коррекция нуля и чувствительности;

осуществляется интегрирование измеряемой концентрации за каждые 20 мин;

предусмотрена очистка анализируемой газовой смеси от влаги, механических примесей и пыли; возможно дистанционное управление газоанализатором;

имеет реперное устройство для проверки работоспособности газоанализатора без контрольных газовых смесей;

для коррекции нулевых показаний используется атмосферный воздух, очищаемый от оксида углерода при помощи реактора расположенного в блоке пробоподготовки, что позволяет сократить потребность в газовых смесях при эксплуатации газоанализатора.

Люминесцентный метод. Люминесценцией называется излучение света телами, превышающее тепловое при той же собственной температуре тел, и имеющее длительность более 10-10 с. Это излучение может быть вызвано бомбардировкой вещества электронами и другими заряженными частицами, пропусканием через вещество электрического тока (нетепловое действие), освещением вещества видимым светом, рентгеновскими и гамма лучами, а также некоторыми химическими реакциями в веществе.

Для определения концентрации оксидов азота (NO, N02), углерода (СО), серы (S02), озона (О3), аммиака (МН4) и др. применяют высокочувствительные газоанализаторы, работающие на принципе хемилюминесценции.

Химические реакции, сопровождающиеся хемилюминесценцией, могут протекать как при повышенных, так и при комнатных температурах. Так, определение концентрации оксида углерода возможно за счет хемилюминесценции, возникающей при горении оксида углерода в атомарном кислороде:

CO + OCO2+hv,

где h - постоянная планка, v - частота испускаемого света.

Хемилюминесцентное излучение обнаруживается в видимой области света по длине волны =400 мм. Предел обнаружения СО-0,5 мг/м3.

Концентрацию оксида азота определяют по экзотермической реакции (с выделением тепла) между NO и О3, в результате которой получаются NO2, O2 и около 10% электронно-возбужденного NO2. При переходе NO2 в невозбужденное состояние возникает излучение, интенсивность которого пропорциональна количеству NO в реакционной камере. При определении суммарного содержания NO и NO2 в воздухе NO2 предварительно восстанавливают до NO.

Газоанализатор 667 ФФ-01 предназначен для определений концентрации диоксида серы в атмосферном воздухе в составе газоизмерительной автоматической многоканальной системы (ГАМС), автоматической станции контроля загрязнения атмосферы (АСКЗА) или комплекса лабораторий «Воздух» и «Пост-2». Метод измерения, положенный в основу работы газоанализатора, флюоресцентный. Сущность метода состоит в регистрации флюоресцентного излучения молекул диоксида серы (802), возникающего под действием возбуждающего ультрафиолетового излучения. Возбуждение молекул диоксида серы происходит в спектральной области 220-240 нм, выделяемой с помощью первичного светофильтра, из спектра излучения импульсной ксеновой лампы ИСК 20-1. В этой области спектра молекулы воды и оксидов азота не влияют на флюоресценцию. Процесс возбуждения описывается формулой:

SO2 +hvi ->S02,

где h - постоянная Планка и Vi - частота возбуждающего излучения.

Возбужденная SO*2 переходит в основное состояние с излучением кванта света:

SO2 SO2+hv2,

где v2 - частота излучения при флюоресценции.

Газоанализатор имеет три диапазона измерения концентрации О2: 0-0,5 мг/м3, 0-1,5 мг/м3; 0-5,0 мг/м3. Цена деления шкалы каждого диапазона 0,01 мг/м , 0,1 мг/м соответственно.

Газоанализатор может эксплуатироваться как в ручном режиме управления («Нуль», «Репер», «Анализ»), так и в автоматическом. В автоматическом режиме конструкция газоанализатора обеспечивает: возможность дистанционного управления по командам от устройства сбора и обработки информации (УСОИ); автоматическое переключение диапазонов измерения концентрации диоксида серы со световой сигнализацией о номере диапазона.

Электрическое питание газоанализатора осуществляется переменным однофазным током напряжением 220 В, частой 50 Гц.

Дальнейшим развитием автоматических методов газового анализа является использование для этих целей лазерных лучей. На этой основе созданы портативные анализаторы атмосферных газов (например, типа Маран 1Б2), портативные приборы для определения концентрации пыли в воздухе и анализа ее частиц (типа ГРИММ) и другие.

Современные методы анализа загрязнения воды и почвы основаны на использовании спектрофотометров (работающих на батареях от аккумуляторов или сети переменного тока). Оптическая система спектрофотометра показана на рисунке 1. (приложение №3).

Свет, излучаемый вольфрамовой лампой, преломляется параболическим зеркалом и рассеивается, дважды проходя через высокодисперсную призму. Волны избранной длины проходят через подвижную щель, повышающую равномерность спектральной полосы пропускания. Луч света определенной длины волны, проходя через образец (вода, грунт, грязь) попадает на фотодетектор. Работа спектрофотометра возможна в трех режимах: определение концентрации загрязнителя, абсорбции и коэффициента пропускания (для оценки замутненности воды).



Рис. 1. Оптическая система спектрофотометра:

1 - источник света; 2 - параболическое зеркало; 3 - призма;

4 - зеркало; 5 - подвижная щель; 6 - кювета из оптического

стекла с образцом; 7 - фотодетектор

2.10 Прибор для определение запыленности воздуха

транспорт воздух экологичность двигатель

Поглотительные приборы. Вещества в газо- и парообразном состоянии обычно улавливаются жидкими поглотительными средами, в которых определяемое вещество либо непосредственно растворяется, либо взаимодействует с поглотительным раствором.

Для лабораторных исследований атмосферного воздуха используется большое количество поглотительных приборов. Существенное значение имеет материал, из которого изготовлены приборы: он должен быть инертен по отношению к исследуемым веществам. Наиболее широкое применение получили два типа жидкостных поглотительных приборов: U-образный прибор с пористой стеклянной пластинкой и прибор Рихтера. Оба типа поглотительных приборов обеспечивают эффективное управление исследуемых веществ сравнительно небольшим количеством раствора реактива (6 мл).

U-образный поглотительный прибор представляет собой стеклянную U-образную трубку с впаянным в виде пластинки фильтром. Фильтр сделан из особо приготовленной спекшейся массы стекла с различными по размеру порами. Воздух при помощи пористой пластинки разбивается на множество мелких пузырьков, чем обеспечивается большая поверхность соприкосновения с поглотительной средой. Чем меньше пузырьки, тем больше поглотительная способность прибора. Входом поглотителя является отросток, подводящий воздух снизу к колбе поглотителя, а выходом - верхний отросток. Поглотительный раствор в прибор вносят через выходной отросток. Отбор проб U-образными поглотителями осуществляется при скорости протягивания воздуха до 3 л/мин.

Для широкого диапазона скоростей аспирации воздуха через жидкие поглотители (табл. 10) разработаны следующие модели поглотительного прибора Рихтера: ТУ-25-11-1081-75.

Таблица 10. Диапазон скорости аспирации воздуха через различные поглотители

Марка	Пределы скорости аспирации воздуха, л/мин
1P ЗР 7Р 10Р 12Р	0,5-5 1-15 2-20 2-50 3-100

Модернизирован поглотительный прибор Зайцева, широко применяемый в анализе воздушной среды. Оптимальная скорость аспирации через этот прибор повышена до 3 л/мин.

Быстрым и эффективным способом отбора проб является аспирация воздуха через «кипящий» (псевдосжиженный) слой сорбента, небольшое сопротивление которого позволяет доводить скорость аспирации до 20 л/мин.

Электроаспираторы. В общем виде электроаспиратор представляет собой устройство, состоящее из двух функциональных узлов: побудителя расхода воздуха и расходомера. В качестве побудителей расхода воздуха применяются пылесосы, ротационные воздуходувки, вихревые вентиляторы, а в качестве расходомеров - ротаметры и газовые счетчики.

Для отбора проб воздуха на газовые примеси применяются электроаспираторы модели 822, ЭА-1А, ЭА-1. Для отбора проб пыли - ЭА-2 (для разовых проб), ЭА-2с, ЭА-2см, ЭА-3 (для суточных проб).

Объем пробы (л) определяется как произведение скорости аспирации (л/мин.) на время отбора пробы (мин.), если в качестве расходомера в электроаспираторе используется ротаметр или как разность начального и конечного отсчетов (м3) при использовании газового счетчика. Некоторые модели электроаспираторов имеют встроенные реле времени, с помощью которых задается временная программа работы прибора. При отсутствии реле времени отсчет ведется по секундомеру. Отбор проб и анализ атмосферного воздуха тесно связаны с последующим методом определения искомой примеси. Для протягивания воздуха через фильтрующие материалы применяют электроаспирационные приборы различной конструкции, обладающие достаточной мощностью и обеспечивающие необходимую скорость протягивания. (Приложение №4)

Таблица 11. Аналитические аэрозольные фильтры

Марка	Техническая характеристика	Назначение
АФА-В	Выполнены в виде кружков с опрессованными краями, вырезанными из перхлорвинилового фильтующего материала (ткань ФПП-15). Материал гидрофобен, поэтому масса фильтров остается постоянной и не зависит от влажности воздуха. Фильтры выускают двух типоразмеров: АФА-В-10, АФА-В-18.	Для определения массовой концентрации аэрозолей
АФА-Х	Рабочая поверхность 18 см3. Выпускают четыре вида.	Для микрохимических и радиометрических анализов дисперсной фазы аэрозолей
АФА-ХА-18	Изготовляют из ацетилцеллюлозного гидрофобного фильтрующего материала (ткань ФПА-15), нестойкого к химически агрессивным средам, не растворимого в органических растворителях.	Для поглощения пыли и различных аэрозолей из воздуха
АФА-ХП-18	Изготовляют из перхлорвинилового фильтрующего материала (ткань ФПП-15). По свойствам весьма близки к фильтрам типа АФА-В.	Для отбора проб аэрозолей при анализе воздуха
АФА-ХС-18	Изготовляют из полистирольного гидрофобного фильтрующего материала стойкого к кислотам и щелочам.	Для микрохимического анализа аэрозолей, дисперсная фаза которых растворима в щелочах.

2.11 Методы определения расхода и скорости газа (воздуха)

Расход газа (воздуха) в газоходе (воздуховоде) определяется по значению средней скорости, вычисленной на основании замеренной величины динамического (скоростного давления). Расход чистого воздуха определяют по формуле:

L= Wcp F 3600, м3/ч,

где Wcp - средняя скорость газа (воздуха), м/с; F - площадь сечения воздуховода (газовода), м2. Средняя скорость воздуха (газа) находится из уравнения:

Wср=

где Рд - усредненное динамическое давление, кгс/м2; Р -плотность воздуха (газа), кг/м2; g - ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2.

Для определения скорости применяют пневмометрическую трубку МИОТ с микроманометром типа ММН, а также комбинированный приемник высокого давления (ПВДК). ПВДК представляет собой разборную конструкцию, которая выполнена в соответствии с требованиями ГОСТ 12.3.018-79 «ССБТ. Системы вентиляционные. Методы аэродинамических испытаний». Основными деталями являются: приемник полного давления, приемник систематического давления, полая державка и эластичный шланг.

Измерительную трубку устанавливают так, чтобы ось вращения кронштейна проходила через нуль шкалы. Шкала измерительной трубки имеет длину 300 мм, наименьшее деление шкалы 1 мм. Для установки кронштейна с измерительной трубкой на требуемый угол наклона к плите 1 прикреплена дугообразная стойка 12 с пятью отверстиями, соответствующими определенным постоянным значениям прибора К (0,2; 0,3; 0,4; 0,6; и 0,8), величины которых обозначены на стойке против каждого отверстия. Кронштейн 10 фиксируется на стойке 12 в необходимом положении с помощью фиксатора 9, который укреплен на втулке кронштейна. Для установки микроманометра в горизонтальное положение на плите имеются два уровня 8 с цилиндрическими ампулами. Прибор приводится в горизонтальное положение двумя регулировочными винтами 2.

Микроманометр заполняют спиртом через отверстие в крышке с пробкой 6, а выливают через сливной кран 7, расположенный в нижней части резервуара. Для измерения прибор подключается резиновыми шлангами, надеваемыми на штуцеры трехходового крана. Трехходовый кран имеет три шнура (см. рис. 2), обозначенных буквами «а», «б», «в» и отверстие для сообщения с атмосферой. Штуцер «а» используется для постоянного соединения крана со стеклянной измерительной трубкой.

Каналы в трехходовом кране расположены таким образом, что при повороте его против часовой стрелки до упора резервуар и измерительная трубка сообщаются с атмосферой, а отверстия к штуцерам «б» и «в» перекрыты. При этом положении крана проверяют нуль прибора. При повороте крана по часовой стрелке до упора штуцер «в» сообщается с резервуаром, а штуцера «а» и «б» сообщаются между собой и с измерительной трубкой. При этом отверстие для сообщения с атмосферой перекрываются. При измерении давления резиновая трубка, идущая от места замера, надевается на штуцер «в», а при измерении разрежения - на штуцер «б». При измерении динамического давления плюсовая трубка надевается на штуцер «в», а минусовая - на штуцер «б». Действие прибора основано на гидростатическом принципе. При равенстве давления над спиртом в резервуаре и в стеклянной трубке уровень его устанавливается на одном горизонте. Включают прибор таким образом, чтобы давление над спиртом в резервуаре было всегда больше, чем в измерительной трубке. При этом уровень спирта в резервуаре понижается, а в измерительной трубке повышается. (Приложение №5)

а)

б)

Рис. 2. Микрометр типа ММН-240:

а - общий вид; б - схема включения трехходового крана.

I - при контроле нуля; II - при замерах.

1 - плита; 2 - регулировочный винт; 3 - резервуар; 4 -

трехходовый кран; 5 - регулятор нулевого положения мениска; 6

- пробка; 7 - сливной кран; 8 - уровень с цилиндрической

ампулой; 9 - фиксатор; 10 - кронштейн; 11 - измерительная

стеклянная трубка; 12 - дугообразная стойка.

Для устранения влияния пульсации воздушного потока на положение мениска жидкости в трубке микроманометра в один из резиновых шлангов вставляют демпфер, соединяющий микроманометр с пневмометрической трубкой. Давление, измеряемое микроманометром, определяется следующей зависимостью:

Р = Н с sin a Рск,

где Н - отчет по шкале прибора, мм; с - тарировочный коэффициент; sines - синус угла наклона трубки микроманометра; Рск - плотность спирта, г/см3, при температуре 20 °С.

Обычно произведение С sin a Реп обозначается буквой «К» и называется постоянным множителем прибора. Значения «К» нанесены на дугообразной стойке прибора.

Если при измерении применяют жидкость с плотностью, не совпадающей с плотностью спирта, или температура спирта (tж.) отлична от t=20°C, то необходимо пересчитать полученный результат по следующей зависимости:

P=

где - коэффициент объемного расширения. Для спирта- =0,0011, для воды- =0,00015.

Пример 1. Отсчет по шкале микроманометра Н=100 мм при постоянном множителе К=0,2. Температура воздуха в месте установки прибора t = 0°С. Плотность спирта /"„,=0,83 г/см3 при t = 0°С. Определяем величину действительного давления. Решение по формуле находим:

P=

На практике не редки случаи, когда замеренные величины динамического давления в сечении имеют не только большие расхождения но и принимают нулевые или отрицательные значения. В этом случае средние значения скоростных давлений, замерейных в данном сечении воздуховода, определяются по формуле:

Pск=()2

где Рскь Рск2,..., Рск„ - значения скоростных давлений, замеренных по отдельным точкам площади сечения; п - число точек замеров.

Пример 2. При измерении искаженного потока получены следующие значения динамического давления: 15; 0,0; 12,3; 44,5; -7,1; 20,4; 15,6; -3,1; 0,0; 31,4 кгс/м2.

Определить среднее значение Рск.

По формуле вычисляем среднее скоростное давление

Рск= кгс/м2.

Число в знаменателе включает все измерения, в том числе положительные, отрицательные и нулевые значения. Если бы были учтены только положительные измерения, то результат составил

Рск ==21,96кгс/м2

и был бы явно завышен, так как в действительности поток протекает со средней скоростью, соответствующей динамическому давлению не по всему поперечному сечению воздуховода.

На практике, при проведении замеров, возможны случаи засорения трубки МИОТ, шлангов и микроманометра пылью (при условии больших концентраций дымовых газов). В таких случаях замеры динамического давления следует производить в трубопроводе до начала технологического процесса (вхолостую на чистом воздухе) с последующим вводом поправки на запыленность воздуха. Расход чистого воздуха (L) при этом определяется по формуле. Расход газа равен (Lr)

Lr=(l + k)L, (42)

где к -- содержание пыли, мг/м3.

Для измерения скорости движения воздуха в открытых каналах применяются анемометры: механические крыльчатые типа АСО-3 (диапазон измеряемых скоростей 0,2-5 м/с), чашечные типа МС-13 (1+20м/с) и электрические (термоанемометры) конструкций ЛИОТ, ВНИИГС Уральского Промстройпроекта (0,1 + 1,0 м/с).

Сборку аппаратуры для отбора проб производят в следующей последовательности:

1.Предварительно взвешенный на аналитических весах и пронумерованный фильтр вместе с защитными кольцами включают в гнездо корпуса аллонжа (при этом выступ бумажного чехла пропускают в соответствующую прорезь), закрывают аллонж верхним кольцом (крышкой) и, поворачивая его до отказа, плотно закрепляют между фланцами закрытого аллонжа.

2.Сборный аллонж присоединяют резиновой трубкой к всасывающему патрубку аспиратора. Плотно завинчивают выбранный наконечник к пылеотборной трубке, а другой ее конец вставляют в отросток аллонжа со стороны крышки и тщательно герметизируют соединение с помощью эластичной резиновой муфты или изоляционной ленты.

Примечание: Наружный диаметр пылеотборной трубки должен быть чуть меньше внутреннего диаметра патрубка крышки аллонжа. При соединении встык возможно оседание пыли в зазор между трубкой и аллонжем.

3.Собранное пылеотборное устройство проверяют на герметичность следующим образом: плотно закрывают отверстие наконечника и наблюдают за положением поплавка. При герметичности системы, т.е. отсутствии подсоса воздуха, поплавок ротаметра должен оставаться на нулевом делении.

4. Вводят пылеотборную трубку в воздуховод навстречу потоку, включают электродвигатель и регулировочным вентилем устанавливают предварительно рассчитанный расход воздуха и фиксируют особенности технологического режима.

5. В рабочем журнале записывают номер фильтра, начало отбора пробы, величину расхода воздуха и т.д.

6. Отбор проб производится интегральным способом путем равномерного перемещения пылеотборной трубки по двум взаимоперпендикулярным направлениям сечения воздуховода, причем нельзя допускать касания стенок воздуховода концом наконечника.